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木材微波—真空干燥特性的研究

李贤军  
【摘要】:微波真空干燥作为一种快速高效的新型干燥技术,已经逐步在食品加工等行业得到了较为广泛的应用,然而它在木材干燥行业中的工业化应用几乎是空白,也未见文献对木材的微波真空干燥规律和干燥机理进行系统的报道。本文以马尾松试材为研究对象,系统地研究了木材的微波真空干燥特性,总结出了木材微波真空干燥的一般性规律,阐述了木材内部的热、质迁移机理,建立了相应的数学模型,为木材微波真空干燥的应用提供了科学依据和理论基础。本研究的主要成果和创新点有: 1.首次理论求解了微波在木材中的渗透深度。 2.首次系统研究并总结了马尾松木材的微波真空干燥规律。研究表明:①随着微波辐射功率密度、木材初含水率和干燥室真空度的增加,木材的平均干燥速率增加;②木材的尺寸(厚度和长度)对木材的平均干燥速率没有明显的规律性影响;③木材的纹理方向对水分的迁移速率有一定的影响,其大小关系为:未封闭试件纵向径向弦向。④方差分析显示只有微波辐射功率密度和木材初含水率对平均干燥速率的影响显著,而其它因素对平均干燥速率的影响还达不到显著性水平;⑤木材的整个微波真空干燥过程可以分为三个阶段:快速升温加速干燥段,恒温恒速干燥段和后期升温减速干燥段。⑥在微波真空干燥过程中,每千瓦的微波能可以排除0.7~1.2千克的水分,且随着初含水率和真空度的增加,微波能的利用效率显著增加;⑦木材微波真空干燥具有很高的干燥速率。工艺试验证明木材的微波真空干燥速率比真空浮压干燥速率大5倍以上。 3.首次通过试验和理论分析,研究了微波作用对木材内水分迁移性能的影响。研究表明:微波处理能有效地破坏木材的纹孔膜结构,提高木材的渗透系数,可以加快以渗透方式作为水分迁移机理的干燥方法的干燥速率;但对马尾松木材扩散系数的提高程度不超过3%,对常规蒸汽干燥中木材的后续干燥过程不会有明显的促进作用。 4.首次通过试验测定了在较短时间作用下,木材内热扩散效应对水分迁移的影响。研究表明:在较短时间温度梯度的作用下,木材内的水分会由木材热端向冷端迁移,含水率梯度与温度梯度的比值(dM/dT)在0.9%/℃以下;在微波真空干燥过程中,就整个板材而言,热扩散效应对木材中水分迁移的影响不大,但在局部的有限范围内,它对自动平衡木材内含水率具有显著的作用。 5.首次系统阐述微波真空干燥过程中木材内的热迁移特性和水分迁移机理,并建立了相应的数学模型。研究表明:①在一定的辐射功率和厚度范围内,木材内的温度和含水率分布都比较均匀,特别是在干燥后期,木材内部的含水率分布更加均匀;木材内的温度分布一般不呈整体性,而具有局部性。②当木材含水率在FSP上时,木材中的自由水和水蒸汽在压力梯度的作用下以渗透流的形式在木材内部迁移,迁移的强


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